摄影测量测幻灯片

1、1,第七章 摄影测量测图,1、正射影像制作（DOM）,2、立体测图（DLG，DEM）,3、地物转绘,山东科技大学测绘科学与工程学院,2,前面介绍了摄影测量定位的基本原理和方法，但,摄影测量究竟怎样测绘地形图？,单像摄影测量通过 一张 影像制作影像图 立体摄影测量通过 多张 影像进行立体测图,山东科技大学测绘科学与工程学院,3,GIS,数据获取 Photo Scan,航空遥感,航空照片,专业航片扫描仪,数据 光盘库,全数字摄影测量系统,DPS,航天遥感 (spot影象),TM 影像,数字地面模型 DEM,RS 遥感影像配准融合系统,GIS 三维可视化GIS系统,3D-City 城市建模与可视化软

2、件,数字正射影像 DOM,解析,空三 数字线化图 DLG 应用 数字专题图 DTG 国土、规划、测绘、遥感、军事、水利 电力、通讯、交通、环保、农林 .,数据处理,专业应用解决方案 山东科技大学测绘科学与工程学院,4,7-1 正射影像制作,山东科技大学测绘科学与工程学院,5,H,一、 影像与地图的关系、影像地图 （1） 地面水平、像片水平 此时，像片就是地面按,比例尺缩小的地图，但是它 不是一般按地图符号表示的,p,S,f,a,线划图，而是影像，称为 正射影像。,A,P,山东科技大学测绘科学与工程学院,6,一、 影像与地图的关系、影像地图,正射影像,消除了倾斜误差和投影误差且具有,规定比例尺的

3、影像。,数字正射影像图,将正射影像与重要的地形要素符号 及注记叠置，并按相应的地图分幅标准 分幅，以数字形式表达的影像地图。,山东科技大学测绘科学与工程学院,7,S,H,一、 影像与地图的关系、影像地图 （2） 地面水平、像片 p 倾斜,p0,a,显然，倾斜像片 p 与地面不,p,f,a0,同（有变形），不能视为地,图。此时需要将影像 p 变换 成为水平像片p0 ，生成 影像图。这个过程称为：,A,P,像片纠正 山东科技大学测绘科学与工程学院,8, 0,一、 影像与地图的关系、影像地图 （2） 地面水平、像片 p 倾斜 将像片变换为具有规定比例尺的水平像片的技术。 像片纠正的任务：消除像片的倾

4、斜误差。, x f y 0 f ,a1 x a2 y a3 f c1 x c2 y c3 f b 1 x b2 y b3 f c1 x c2 y c3 f,X mx0 Y my0 山东科技大学测绘科学与工程学院,9,一、 影像与地图的关系、影像地图 （2） 地面水平、像片 p 倾斜,水平纠正前的影像,水平纠正后的影像 山东科技大学测绘科学与工程学院,10,一、 影像与地图的关系、影像地图,（2） 地面水平、像片 p 倾斜,山东科技大学测绘科学与工程学院,11,一、 影像与地图的关系、影像地图 （3） 地面 P 不水平（起伏）、像片 p 倾斜 一般情况，地面P有起伏、,p0 p,f S,a,像片

5、 p 倾斜，显然像片 p与地 图M不同。此时不能简单地 将倾斜影像p纠正为水平像片， 而必须将像点a，投影到地面,M,A A0,H,P,A，再将它垂直投影到A0，才 能获得影像图。 这个过程称为：,正射纠正ortho-rectification 山东科技大学测绘科学与工程学院,12,一、 影像与地图的关系、影像地图,（3） 地面 P 不水平（起伏）、像片 p 倾斜,正射纠正,根据影像外方位元素与数字地面模型，利 用相应的构像方程式，从原始的影像变换为正 射影像的技术。,这种过程是将影像化为很多微小的区域逐,一进行纠正，且使用的是数字方式处理，故亦 叫做数字微分纠正。,微分纠正单元：点、线、面,

6、山东科技大学测绘科学与工程学院,13,二、 正射纠正 1、正射纠正的一般步骤 a. The Spatial Transformation This specifies the “motion”of each pixel as it “moves” from its initial to its final position in the image.,Polynomial,Differential 山东科技大学测绘科学与工程学院,14,二、 正射纠正,1、正射纠正的一般步骤,b. Gray-level Interpolation,This is necessary because, in ge

7、neral, integer (x,y) positions in the input image map to fractional positions in the output image and conversely.,山东科技大学测绘科学与工程学院,15,Image Resampling Methods,山东科技大学测绘科学与工程学院,16,二、 正射纠正 最近邻法（Nearest Neighbour ） uses the input cell value closest to the output cell as the assigned value to the output c

8、ell Advantages data are not averaged fast Disadvantages resampled image may not be smooth some data values may be lost, while other,values,may,be,duplicated 山东科技大学测绘科学与工程学院,17,二、 正射纠正,双线性内插（Bilinear Interpolation ）,output cell value determined by calculating the distance- weighted average of the 4 c

9、losest input cells,Advantages, smoother-looking,image than nearest neighbour,Disadvantages, alters original data slower than nearest,neighbour,山东科技大学测绘科学与工程学院,18,二、 正射纠正,三次卷积（Cubic Convolution ）,output cell value determined by calculating the distance- weighted average of the closest 16 input cells,

10、Advantages, smoother-looking,image than nearest neighbour,Disadvantages, alters original data slower than nearest,neighbour or bilinear interpolation,山东科技大学测绘科学与工程学院,19,二、 正射纠正,1、正射纠正的一般步骤,c. Implementation, Pixel carry-over (or forward-mapping)直接法,It transfer the gray levels from the input image to

11、 the output image, pixel by pixel. If an input pixel maps to a position between four output pixel, then its gray level is divided among the four output pixels according to the interpolation rule.,山东科技大学测绘科学与工程学院,20,二、 正射纠正 1、正射纠正的一般步骤,原 始 影 像,正 射 影 像 重采样 山东科技大学测绘科学与工程学院,21,二、 正射纠正,1、正射纠正的一般步骤,c. Imp

12、lementation,Pixel-filling(or backward-mapping)间接法,The output image pixels are mapped back into the input image, one at a time, to establish their gray level. If an output pixel falls between four input pixels, its gray level is determined by gray-level interpolation.,山东科技大学测绘科学与工程学院,22,二、 正射纠正 1、数字微

13、分纠正的一般步骤,原 始 影 像,正 射 影 像 山东科技大学测绘科学与工程学院,23, a x a2 y a3 f,二、 正射纠正 2、框幅式中心投影影像的正射纠正,(a) 直接法,X Xs ( Z Zs ) 1 c1 x c2 y c3 f Y Ys ( Z Zs ) b1 x b2 y b3 f c1 x c2 y c3 f 送灰度,原始影像,正射影像 山东科技大学测绘科学与工程学院,24,二、 正射纠正 2、框幅式中心投影影像的正射纠正,(2) 间接法, x f y f ,a1 ( X X S ) b1 ( Y YS ) c1 ( Z Z S ) a3 ( X X S ) b3 ( Y

14、 YS ) c3 ( Z Z S ) a2 ( X X S ) b2 ( Y YS ) c2 ( Z Z S ) a 3 ( X X S ) b 3 ( Y Y S ) c3 ( Z Z S ) 取灰度,原始影像,正射影像 山东科技大学测绘科学与工程学院,25,度,二、 正射纠正 (3）直接法与间接法的比较,计算,(x,y,Z),(X,Y) (Z),直接法,灰,(X,Y,Z),送灰度,(x,y),间接法,赋 值,原始影像,取灰度,正射影像 山东科技大学测绘科学与工程学院,26,二、 正射纠正,（4） 数字正射影像图的制作,a、 正射影像的拼接,拼接线的选择,山东科技大学测绘科学与工程学院,27

15、,二、 正射纠正,（4）数字正射影像图的制作,a 正射影像的拼接,拼接线的选择,山东科技大学测绘科学与工程学院,28,二、 正射纠正,(4) 数字正射影像图的制作,a、正射影像的拼接,拼接线的选择 沿拼接线裁剪,山东科技大学测绘科学与工程学院,29,二、 正射纠正,(4) 数字正射影像图的制作,a、正射影像的拼接,拼接线的选择 沿拼接线裁剪,山东科技大学测绘科学与工程学院,30,二、 正射纠正,(4) 数字正射影像图的制作,a、正射影像的拼接,拼接线的选择 沿拼接线裁剪 沿拼接线拼接,要求：拼接线两边无几何错位,山东科技大学测绘科学与工程学院,31,二、 正射纠正,(4) 数字正射影像图的制作

16、,山东科技大学测绘科学与工程学院,32,Seam line,山东科技大学测绘科学与工程学院,33,二、 正射纠正,(4) 数字正射影像图的制作,a、正射影像的拼接 b、色调调整,用匀光技术消除同一幅图内多个影像之间和同一 影像内部的色调差别，使得拼接后的影像色调均匀一 致。,山东科技大学测绘科学与工程学院,34,I,二、 正射纠正 彩色影像的色调调整,红分量R,红色,电子枪,彩,绿分量G,绿色 电子枪,色 合,蓝分量B,蓝色 电子枪,成,显示器,山东科技大学测绘科学与工程学院,35,二、 正射纠正 拼装图像上拼接缝的消除(羽化处理技术) a,b,上片,左片,c d,L,右片,a,b,L c,d

17、,w,e,f,w e,f,下片 山东科技大学测绘科学与工程学院,36,二、 正射纠正,山东科技大学测绘科学与工程学院,37,二、 正射纠正,(4) 数字正射影像图的制作,c、相关信息的叠置,部分等高线、重要但影像难以识别的地物的符号、,必要的文字和数字注记,d、图外整饰,自动计算图廓坐标 自动绘制内外图廓 自动绘制方里网,注记的增加、删除 、移动 注记与影像的分层与叠置,山东科技大学测绘科学与工程学院,38,影,像,镶,嵌,二、 正射纠正 数据准备: 图像、焦距、框标距、成图比 例尺、成图DPI、DTM数据准备、控制成果 每幅影像的色彩调整, 使其影像基本一致,影 像 校 正,N,对每张像片作

18、几何校正 所有像片完？,Y 计算纠正图象在整幅图中的位置,e、作业流程,在各纠正后的像片上确定裁剪线 将各片裁剪线内的影像拼成整幅图像 消除镶嵌影像上的拼接缝 图廓裁剪、添加方里网和注记 数字正射影像图产品 山东科技大学测绘科学与工程学院,39,二、 正射纠正,(4) 数字正射影像图的制作,山东科技大学测绘科学与工程学院,40,二、 正射纠正,(5)正射影像精度的检查与质量控制,野外检测：检查正射影像的绝对精度；,与等高线图或线划地图套合后进行目视检查； 左影像和右影像制作同一地区的两幅正射影,像，量测两幅正射影像上同名点的视差。,山东科技大学测绘科学与工程学院,41,三、真正射影像(True

19、-Orthophotos),large-scale city orthophotos using standard algorithms and procedures typically have following problems:,(a) Displacements and occlusions make it difficult to superimpose vector data for checking and change detection purposes;,(b) The orthorectification of the image is partly geometric

20、ally inaccurate and/or incomplete (i.e., buildings are distorted from their true location as they are not modelled in the DTM).,By using Digital Surface Models (DSM) and considering occluded areas it is possible to generate True-Orthophotos which do not have above mentioned problems.,山东科技大学测绘科学与工程学院

21、,42,42,传统正射影像,传统正射和真正射的比较,Comparison TrueOrtho / Ground,传统正射影像存在的问题,Orthoimage,倾斜的楼体,山东科技大学测绘科学与工程学院,43,倾斜的楼体,真正射影像,传统正射和真正射的比较,Comparison TrueOrtho / Ground,Orthoimage,垂直的楼体,山东科技大学测绘科学与工程学院,44,真正射影像和传统正射影像,圆形楼顶,纠正后楼体,圆形楼顶,倾斜的楼体 无被遮挡区域 被遮挡区域 山东科技大学测绘科学与工程学院,45,真正射影像,山东科技大学测绘科学与工程学院,46,传统正射影像,山东科技大学测

22、绘科学与工程学院,47,山东科技大学测绘科学与工程学院,48,真正射影像利用DSM消除地表物体投影差的正射影像,山东科技大学测绘科学与工程学院,49,沿航带获得的系列航片,航带1,航带2,山东科技大学测绘科学与工程学院,50,DSM的获取 优选立体像对进行交 叉相关，提高精度,每个像素值来源于多,数字表面模型DSM,个像素高程值的复杂 解算 楼顶轮廓 山东科技大学测绘科学与工程学院,51,三、真正射影像(True-Orthophotos),The problem is that areas occluded by the manmade objects are not visible in t

23、he image.,In Figure 1 the roof of the building also covers the occlusion area in the aerial source image. If such areas are not detected by the orthophoto rectification software the ortho-projection will just fill it up with image content from the same image. This then leads to so-called ghosting ef

24、fects.,The orthophoto in Figure 2 shows such ghosting effects.,山东科技大学测绘科学与工程学院,52,三、真正射影像(True-Orthophotos),山东科技大学测绘科学与工程学院,53,三、真正射影像(True-Orthophotos),3.1. Detection of occluded areas,In order to overcome such ghosting effects one has to detect the occluded areas.,This is done by considering the l

25、ine of sight from the projection center to a specific object point on the DSM. With one source image and a DSM it is possible to mark occlusion areas in the orthophoto.,山东科技大学测绘科学与工程学院,54,三、真正射影像(True-Orthophotos),山东科技大学测绘科学与工程学院,55,三、真正射影像(True-Orthophotos),3.2. Filling up occlusion areas,By combin

26、ing image,information coming,from several,source images it is possible to fill up,occlusion areas.,山东科技大学测绘科学与工程学院,56,山东科技大学测绘科学与工程学院,57,三、真正射影像(True-Orthophotos),3.3. MOSAICKING AND RADIOMETRIC ADJUSTMENT Often an occluded area can only filled by using several overlapping images. The image parts ar

27、e often different in radiometry and they might be in shadows. Which means that it is very important that the parts which are combined must be radiometrically adapted to each other to get a homogeneous True-Orthophoto mosaic. Seamlines have to be found for many such small occluded areas.,In Figure 10

28、 four images had to be combined as the church tower occluded parts of the roof in the different images. The yellow vectors are the automatically found seam lines. The rooftop is very homogenous without any visible differences in brightness or color.,山东科技大学测绘科学与工程学院,58,山东科技大学测绘科学与工程学院,59,PF,用PF处理的真正射

29、影响效果图,用,处 理 的 真 正 射 影 响 效 果 图,山东科技大学测绘科学与工程学院,60,7-2 单张像片测图地物测绘,1、利用调绘片地物转绘 2、利用正射影像地物采集,山东科技大学测绘科学与工程学院,61,一、地物转绘,数字转绘技术：,将数字调绘片上采集到的地物数据（中心投影、扫 描坐标系），经过内定向、空间后交（无外方位元素 时），再利用DEM进行数字微分纠正等过程，变换为地 面坐标的正射投影数据的技术。,必要性,地图修测主要是地物的变化，无需立体测图。,立体测图在获取DEM后可直接利用数字调绘的结果， 对地物进行转绘，无需人工立体测量。,山东科技大学测绘科学与工程学院,62,一、

30、地物转绘 1、数字转绘系统的构成,调绘片 扫描数字化,数据准备 图像 数据 预处理 采集 DEM,数 字 微 分 纠 正,编 辑 与 接 边,输 出,入数据库,山东科技大学测绘科学与工程学院,63,一、地物转绘 2、数字转绘的基本原理单片定位技术 图形接边问题：AC1与BC2在边界上错开。 1、依边线截取，可得AC1、BC2各点坐标； 2、设C1（XC1 ,YC1)、C2（XC2 ,YC2),则中点C坐标： XC=(XC1 +XC2）/2, YC=(YC1 +YC2）/2 3、设C1 与的C2闭合差：XC XCXC1 ， YCYCYC1 则AC1上任意点i的改正数：XiXC*Si/S ， Yi

31、YC*Si/S ，其中， Si为A到i的弧长， S为A到C1的全长。,4、同理，改正BC2上的逐点。,A,i,C,C2 C1,B,山东科技大学测绘科学与工程学院,64,一数字转绘,一、地物转绘,2、数字转绘的基本原理单片定位技术,山东科技大学测绘科学与工程学院,65,一、地物转绘,单片影像采集,（影像叠加图形）,山东科技大学测绘科学与工程学院,66,一、地物转绘,地物符号显示 （隐藏影像）,山东科技大学测绘科学与工程学院,67,一、地物转绘,光学立体观察,山东科技大学测绘科学与工程学院,68,一、地物转绘,按影像位置接边,山东科技大学测绘科学与工程学院,69,一、地物转绘,纠正后单片数据,山东科技大学测绘科学与工程学院,70,一、地物转绘,纠正后数据拼接,山东科技大学测绘科学与工程学院,71,山东科技大学测绘科学与工程学院,72,7-3 立体测图,立体测图是摄影测量测图的主要方法,人工测绘等高线、地物,它是利用相邻的两张影像,建立立体模型,然后在立体模型上进行测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,73,地形图,模拟摄影测量的基本原理,摄影测图,两个投 影器 航空摄影 地面模型,投影器替代摄影机,山东科技大学测绘科学与工程学院,74,摄影过程的“反转” 由“摄影” “投影”,左影像,沿基线移动 右影像,右影像,模拟测图仪的原理 地面模型,实地地面